放射線の消化器官への影響 (09-02-04-05)

＜概要＞
　消化器は、口腔、食道、胃、小腸、大腸、直腸などが構成する管状の食物摂取器官であり、消化作用をつかさどる機能細胞は、消化器の内壁を仕切る粘膜上皮を構成している。粘膜上皮は、器官によってその機能も構造も異なるがいずれも上皮組織であり、その未分化細胞層（基底層など）に存在する幹細胞（放射線感受性）の増殖と分化によって機能細胞層（放射線耐性）の定期的入れ替えを行う再生組織である。照射による放射線の影響は、まず感受性の幹細胞群に増殖抑制が起こり、続いて機能細胞群に供給不足（枯渇）や機能障害（粘膜炎症）が起こることで消化機能の低下（下痢等）が認識される。消化器の放射線障害について最も重要視されるのは、やはり最大の長さと栄養分の吸収という消化作用の中心的機能を担う小腸である。その小腸については、消化機能に関する生理学はもとより、幹細胞の増殖・分化に関する細胞生物学、幹細胞の放射線感受性および放射線障害に関する細胞生物学および病理学、さらには放射線の身体的影響として重要な症状である「腸障害」および「腸死」などについて数多くの研究成果がある。また、放射線治療に際して体幹部にある消化器、特に小腸はその被ばくに関して最大の注意と防護を考慮すべき重要な正常組織である。

＜更新年月＞
2002年10月　　　（本データは原則として更新対象外とします。）

＜本文＞
　消化管は、口腔から食道，胃、小腸、大腸、直腸、肛門部まで通常は閉鎖された管状の器官であり、その内面は所謂「粘膜上皮」によって仕切られている（図１参照）。この粘膜上皮は，皮膚と同様に多層の細胞層から成り、そこには幹細胞のような分裂性で放射線感受性の細胞を含む未分化細胞層（基底層やクリプト構造）と非分裂性で放射線耐性である機能分化細胞層（粘膜細胞、顆粒細胞層など）がある。中、高線量の被ばくでは、通常、口腔や食道などでは粘膜に炎症がおこり、中線量被ばくでは、少し晩期障害が残るとしても粘膜は治癒回復する。しかし、高線量被ばくでは、粘膜の萎縮、潰瘍発生、繊維化、食道では狭窄が起きたりする。口腔部の被ばくにより生じる重度の急性炎症反応は、1−2週に亘って食物摂取が不可能になるため、点滴などによる栄養補給ができないと餓死してしまう。この現象は「口腔死」と呼ばれ，小腸の被ばくと同様に感受性の高い放射線障害であり重要な身体的影響の1つである。胃は食道よりは感受性の高いことが知られているが、その理由は中等度の線量被ばくでも胃壁の粘膜に潰瘍，萎縮、繊維化などが起こるためである。
　消化管の中で最も放射線感受性の高い部分は小腸である。小腸の断面を見ると、内側の表面の粘膜には絨毛（図２、図３上段A）と呼ばれる突起が無数にあって表面積の増加と養分の吸収に役立っているが、この絨毛の全表面を形成している分化した機能細胞は絨毛の根元から順次上方へ移動して毎日多数の細胞が頂上から剥離して失われている。他方、絨毛の根元には絨毛とは反対に凹んだクリプトと呼ばれる細胞の嚢（図３上段A）があり、そこには未分化で盛んに分裂する細胞群〔幹細胞〕が存在している。この幹細胞は分裂活動によって細胞を増やし、増えた細胞は順次に上方へ押し出されて機能分化を果たして絨毛を形成する。つまり、絨毛の頂点で失われた細胞はクリプトの細胞が増殖することによって毎日補給され、上方に移動することによって一定期間絨毛細胞としての機能を果たして頂上より剥離、消失する。小腸はこのように毎日規則的に繰り返す幹細胞の増殖と機能分化というシステムによって消化機能を果たしている再生組織である。小腸に対する放射線の影響は、絨毛を構成する放射線抵抗性の機能分化細胞より先にクリプトに存在する感受性の高い幹細胞の分裂活性の不活化から始まる。クリプト幹細胞の分裂停止により細胞増殖が停止すると絨毛の機能細胞は毎日失われるのみで補給が絶たれるため、絨毛構成細胞は減少の一途をたどる。ここでクリプトの幹細胞の分裂が回復すると絨毛のサイズは元にもどるが、幹細胞が死滅するとやがて絨毛構造（図３下段B）も消滅する。中等度の被ばく（3−8Gy）では、絨毛の短小化が起こるがクリプト幹細胞が回復すると、消失した細胞量が供給されて絨毛はもとに戻る。しかし、大線量（10Gy以上）では、幹細胞がほとんど死滅するため細胞の補給は断たれ、小腸粘膜の絨毛構造は消失して平坦化するとともに、粘膜に潰瘍、出血、繊維化が進み粘膜細胞は壊死する（図３下段B）。このように障害が進行すると、粘膜の消化吸収作用はなくなり、細菌の感染が起こり、水分や電解質の漏出が進み症状が腸管に拡がると患者は危篤状態に陥る。被ばくにより急性の腸疾患を起こした患者では、晩期障害が起こるのが普通で、粘膜上皮の障害ばかりでなく血管損失や繊維化を伴う複合症状が現れる。これらの障害は、放射線の線量率によっても異なる。線量率が低いと障害の回復能が強く残っているいることを示している（図４参照）。
　大腸や直腸でも高線量被ばくでおこる病理学的変化は、上に述べられた障害と類似しているといえる。直腸では、食道と同様に分化した機能細胞が多いため胃や小腸に比較して高線量に対してかなり耐性であるが、放射線による晩期障害としては腸管の狭窄、流通障害、癒着などが起こる。
　放射線医学および核医学で診断等に利用される放射線ならびに放射性同位元素などによる低線量被ばくでは、上記のような消化管の病理学的障害が発症するとは考えられない。
　放射線治療では10−20Gyの照射線量で、粘膜炎や食道炎などが術中または照射後に発生するが、総計60−70Gyに及ぶ治療線量でも晩期障害は大きくない。卵巣や子宮などに関連する放射線治療では、しばしば小腸の被ばくが避けられないことがあるが、防護に注意を払えば晩期障害は大きくならない。ただし、急性障害として吐き気、嘔吐、下痢などが起こる。晩期障害の発生やそれが酷くなったりする度合いは，分割照射の総線量に応じて増加する。たとえば、直腸に50Gyの照射を受けた場合、患者の９％に部分的な流通障害が起きるが、60Gy以上の線量では25％の患者に障害が発生する。

＜図／表＞

＜参考文献＞
（1） Kissane J. E（ed） Anderson’s Pathology vol. 1. 9ed. （1990）
（2） Fajardo L−G， L. F. Pathology of Radiation Injury （1982）
（3） Hall E. J. Radiobiology for the Radiology 3ed （1988）